75 87 (phan ii chuong 3, 4,5 thiet ke , bien phap, ngan dong)

§å ¸n tèt nghiƯp 75 Gvhd : GS - TS Vũ Trọng Hồng Chơng III : tính toán thiết kế công trình dẫn dòng Theo phơng án dẫn dòng đợc lựa chọn công trình dẫn dòng sử dụng thi công công trình thuỷ điện Sơn La bao gồm : Đê quai dọc, đê quai thợng lu, đê quai hạ lu, cống dẫn dòng tờng phân dòng, đập xây bê tông dở phạm vi kênh thi công , lỗ xả sâu vận hành đờng dẫn nớc nhà máy thuỷ điện thiết kế đê quai , công trình khác đà đợc xác định qua tính toán kiểm tra đê quai công trình tạm, ngăn nớc sông với hố móng thi công đảm bảo cho hố móng khô , không chịu ảnh hởng dòng nớc 3.1 Chọn tuyến đê quai : Khi chọn tuyến đê quai, cần đảm bảo nguyên tắc: - Đảm bảo công việc hố móng đợc tiến hành điều kiện khô ráo, rộng rÃi, tiện lợi - Dòng chảy xuôi thuận, khả xả nớc lớn mà lòng sông đê quai không bị xói lở - Tận dụng điều kiện có lợi địa hình, đặc điểm kêt cấu công trình thuỷ lợi để đắp đê quai có khối lợng ít, giá thành thấp Sử dụng đê quai làm dờng vận chuyển - Đảm bao việc thi công đê quai đợc thuận lợi, nhanh chóng 3.2 Thiết kế đê quai : Những yêu cầu đê quai : - Phải đủ cuờng độ chịu lực ổn định chống thấm phòng xói tốt - Cấu tạo đơn giản, dễ làm, đảm bảo xây dựng, sửa chữa tháo dỡ nhanh chóng - Phải liên kết tốt hai bờ lòng sông Trờng hợp cần thiết phải bảo vệ bờ thích đáng để đề phòng xói lở phá hoại - Khối lợng nhất, dùng vật liệu chỗ đảm bảo sử dụng nhân lực vật liệu thiết bị mà xây dựng xong thời gian ngắn với giá rẻ 3.2.1 Loại đê quai : Qua phân tích điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn , vật liệu xây dựng khu vực xây dựng công trình thấy khu vực xây dựng công trình có vật liệu đá phong phú Mặt khác lu lợng lũ sông Đà lớn đê quai làm việc nhiều năm nên đê quai chịu lực dong nớc lúc làm việc nh lúc ngăn dòng lớn Do chọn hình thức kết câu thân đê quai đá đổ, chống thấm tờng nghiêng đất sét bảo vệ đá 3.2.2 Thiết kế thông số đê quai : Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 Đồ án tốt nghiệp 76 Gvhd : GS - TS Vị Träng Hång C«ng trình thuỷ điện Sơn La công trình đặc biệt quan trọng nên thiết kế dẫn dòng cần bảo đảm an toàn tuyệt đối Do thiết kế đỉnh đê quai cần xét tới ảnh hởng sóng leo, gió , độ dềnh mực nớc Cao trình ®Ønh ®ª quai : Z®Ønh1 = ZTL + h + hsl + a ( -1 ) => Z®Ønh1 = ZTL + d Trong ®ã: + h, hsl tÝnh víi vận tốc gió tính toán lớn h : độ dỊnh mùc níc giã hsl : chiỊu cao sãng ứng với tần suất bảo đảm theo bảng P2-2 Giáo trình đồ án môn học thuỷ công tính toán sóng leo lấy tần suất bảo đảo % + a : phụ thuộc vào cấp công trình Công trình cấp I nên a = 0,7 m; Tính h : Công thức tính toán h = 2.10-6 v D cos  g H (3-2) Trong ®ã: + V: vËn tèc giã tÝnh to¸n lín nhÊt øng víi P = % => V = 40 m/s + D: đà gió ứng với ZTL , D = 1000 m + H: cét níc thỵng lu, H = ZTL - ®c = 127,55 - 107 = 20,55 m + : gãc kĐp gi÷a trơc däc cèng víi híng giã,  = 00 h = 2.10-6 40 2.1000 cos 0 9,81.20,77 = 0,016 m  TÝnh to¸n hsl1% : + Giả thiết trờng hợp sóng nớc sâu H > 0,5. , + Thêi gian giã thỉi liªn tục t ,vì tài liệu nên theo thuỷ c«ng lÊy t = h  g  1,08   v g.t 9,81.21600 = = 5297,4 Tra ®å thị hình P 2-1 ta có: v 40 g h 0,0098   v2 g D = 9,81.1000 = 6,13 v 40  g  0,7 v Tra đồ thị hìnhP 2-1 ta có:   g h 0,0048   v2 Tra ®å thị hình P2-1 đồ án môn học thuỷ công với đờng bao + Chọn cặp có giá trị bé cặp giá trị Ta có: Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 77 Đồ án tèt nghiÖp = 0,7  v g = 0,7 Gvhd : GS - TS Vò Träng Hång 40 9,81 = 2,85 s h = 0,0048 v = 0,0048 g   = g  2. = 9,81.2,852 2.3,14 40 9,81 (3-3) = 0,78 m = 12,68 m (3-4) (3-5) + Kiểm tra điều kiện sóng nớc sâu : Ta thÊy: H = 19,77 m >  = 6,34 m thoả mÃn điều kiện sóng nớc sâu Chiều cao sóng leo ứng với mức đảm bảo P = 1%: hsl1% = Ksl1% h Tra đồ thị h×nh P 2-2 ta cã: Ksl1% = f1%( g D ) v Víi g D = 6,13  Ksl1% = 2,01 v  hsl1% = 2,01 0,78 = 1,51 m Víi chiỊu cao an toµn a = 0,7 theo quy ph¹m TCXDVN 315 : 2004 hsl1% = 1,51 m h = 0,0165 m VËy d = h + s + a = 1,51 + 0,0165 + 0,7 = 2,22 m Thiết kế đê quai mùa kiệt giai đoạn : Đê quai hạ lu : Cao trình đỉnh đê quai hạ lu HL = ZHL + a Trong : ZHL - cao trình mực nớc hạ lu, ứng với lu lợng dẫn dòng thiÕt kÕ Qdd =1570 m3/s tra quan hÖ Q ~ ZHL ta cã : ZHL = 115,59 a - ®é cao an toµn theo TCXDVN 315 : 2004 ta cã : a = 0,7 m => HL = ZHL + a = 0,7 + 115,59 = 116,29 m Chän cao trình đỉnh đê quai HL = 116,5 m Vậy Chiều cao đê quai : h = 116,5 107 = 9,5 m Bề rộng đỉnh đê quai : B = 10 (m) Mái thợng lu : m=3 Mái hạ lu : m = 1,5 Đê quai thợng lu : Cao trình đỉnh đê quai thợng lu : TL = ZTL + d Trong ®ã : ZTL - cao trình mực nớc thợng lu thu hẹp sông mùa kiệt ZTL = 115,735 m d - độ gia cao an toàn có xét tới ảnh hởng sóng , độ dềnh nớc Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 §å ¸n tèt nghiƯp 78 Gvhd : GS - TS Vò Träng Hång d = 2,22m => TL = ZTL + d = 2,22 + 115,735 = 117,955 m Chän cao trình đỉnh đê quai TL = 118 m Vậy Chiều cao đê quai : h = 11 m Bề rộng đỉnh đê quai : B = 10 (m) Mái thợng lu : m=3 Mái hạ lu : m = 1,5 Kết tính toán Quy trình tính toán tơng tự cho giai đoạn ta có bảng tổng hợp kết tính toán thiết kế đê quai nh sau : Bảng 3.1 m Cao trình h Giai Mùa Qdd Đê ZHL ZTL B quai đoạn (m3) (m) (m) đỉnh (m) (m) T.Lu H.Lu (m) KiƯt 1570 115,59 115,73 I Lị KiƯt 14500 126,21 127,55 1570 115,59 121,01 II Lò 14500 126,21 143,27 T.Lu H.Lu T.Lu H.Lu T.Lu H.Lu T.Lu H.Lu 118 116,5 130 127 123,5 116,5 145,5 127 11 9,5 23 20 16,5 9,5 28,5 20 3 3 3 - 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 10 10 10 10 10 10 15 10 Trong ®ã m : hệ số mái đê quai h : chiều cao đê quai B : bề rộng đỉnh đê quai Trờng hợp đặc biệt ,do đê quai thợng lu mùa lũ giai đoạn II có chiều cao lớn nên ta bố trí mái giữ ổn định cho đê quai Bố trí cao trình + 131 m với bề rộng m + 119 m với bề rộng m Hệ số mái thợng lu thay đổi dần m1 = ; m2 = 2,5 ; m3 = Chơng IV : biện pháp thi công số công tác đặc biệc dẫn dòng thi công i4.1 : tổ chức thi công tháo tháo dỡ đê quai Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 Đồ án tốt nghiƯp 79 Gvhd : GS - TS Vị Träng Hång Theo tiến độ thi công chung công trình thủy điện Sơn La khởi công vào năm 2004 , thu hẹp dòng sông năm tiến hành xây dựng đê quai vào mùa khô năm 2004 , vào mùa lũ mở rộng tôn cao đê quai lên cao trình thiết kế Tiến hành đắp đê quai ngăn dòng vào mùa kiệt năm 2006, mở rộng tôn cao đến cao trình thiết kế mùa lũ - Tiến hành đắp đê quai thợng lu trớc , đê quai hạ lu sau - Tại thời điểm đê quai kép kín thÊy vËn tèc cđa dßng níc rÊt lín RÊt khã thi công, đổ đất đá đắp đê quai - Chúng ta dùng băng két đá, thi công theo phơng pháp lấp đứng - Khi băng két khép kín , tiếp tục đổ đá mở rộng dê quai theo mặt cắt thiết kế - Khi đắp đê quai dùng máy ủi Trớc ngăn sông phải dẫn tiến hành tháo dỡ đê quai giai đoạn - Chúng ta dỡ bỏ dẫn đê quai trình thi công công trình - Còn lại phần mỏng, đặt mìn đê quai - Vào thời điểm ngăn dòng cho nổ mìn tháo tung đê quai theo thứ tự : dỡ đê quai hạ lu trớc đê quai thợng lu sau Tháo dỡ đê quai máy xúc gầu nghịch , - Tháo theo phơng pháp dật lùi - Chừa lại phần đê quai giai đoạn để dùng nối tiếp với đê quai giai đoạn i4.2 : biện pháp nút lỗ xả thi công Theo phơng án thi dân dòng thi công chọn lỗ xả thi công nằm tờng phân dòng nằm cao độ 108 m đợc nút vào cuối mùa kiệt năm 2009 Với cống dẫn dòng thi công kích thớc 12 x 12 nhiên để việc nút cống đợc dễ dàng , cửa vào cống lấy nớc đợc bố trí đoạn cửa lấy nớc Hình 4.1 : Sơ đồ nút cống dẫn dòng Khi nút cống lợi dụng cửa van tràn xả sâu vận hành để giảm chi phí cho công tác dẫn dòng Chiều dài đổ bê tông nút đoạn 15 m Với tổng khối lợng bê tông đổ 15 x 12 x 12 = 2160 m3 Công tác nút cống phức tạp đòi hỏi phải có kỹ thuật cao phơng pháp thi công hợp lý Cần nghiên cứu kỹ, tính toán trờng hợp xảy để có đợc phơng án thi công đạt hiệu cao Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 Đồ án tốt nghiệp 80 Gvhd : GS - TS Vị Träng Hång Ch¬ng V : ngăn dòng i5.1 : vị trí tác dụng ngăn dòng Trong trình thi công công trình thuỷ lợi sông, dù lớn hay nhỏ hầu hết phải tiến hành công tác chặn dòng Vì muốn thi công đập phần lòng sông phải ngăn dòng chảy dẫn sang công trình dẫn dòng khác, đảm bảo điều kiện thi công khô tất yếu phải thực chặn dòng Nó khâu quan trọng hàng đầu , khống chế toàn tiến độ thi công, tiến độ thi công công trình đầu mối Với công trình thuỷ điện Sơn La xây dựng sông Đà có lu lợng dòng chảy lớn, nên việc chặn dòng chảy quan trọng có tính chất định tới toàn tiến độ thi công Kỹ thuật tổ chức thi công ngăn dòng phức tạp , diện hoạt động hẹp, yêu cầu phải thi công với tốc độ lớn, cờng độ cao mà hiệu kinh tế Do đòi hỏi phải nắm quy luật dòng chảy để chọn thời cơ, xác định đợc thời gian lu lợng ngăn dòng thích hợp i5.2 : công tác chuẩn bị trớc thực ngăn dòng Trớc ngăn dòng phải tính toán thiết kế kiểm tra chi tiết vấn đề liên quan đến ngăn dòng Đảm bảo thực ngăn dòng rủi ro , tổn thất đến công trình khác - Khảo sát lần cuối khu vực lòng hồ bị ngập mực nớc dâng lên ngăn dòng nhằm hạn chế mức thấp tổn thất ngập gây - Kiểm tra lại công trình dẫn dòng chảy sau ngăn dòng, yêu cầu phải hoàn toàn đảm bảo an toàn theo thiết kế Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 Đồ án tốt nghiƯp 81 Gvhd : GS - TS Vị Träng Hång - Tính toán ngăn dòng chi tiết, thiết kế tổ chức thi công ngăn dòng - Chuẩn bị mặt thi công ngăn dòng, bÃi vật liệu (phải có bÃi vật liệu dự trữ), hệ thống đờng vận chuyển vật liệu, thiết bị máy móc, nhân lực đảm bảo cho trình ngăn dòng i5.3 : xác định thông số tính toán thiết kế ngăn dòng 5.3.1 Chọn ngày tháng ngăn dòng : Khi chọn ngày tháng ngăn dòng cần quán triệt nguyên tắn sau đây: - Chọn lúc nớc kiệt mùa khô - Đảm bảo sau ngăn dòng có đủ thời gian đắp đê quai, bơm cạn nớc , nạo vét móng, xử lý xây đắp công trình phận công trình đến cao trình chống lũ lũ đến - Đảm bảo trớc ngăn dòng có đủ thời gian chuẩn bị nh đào đắp công trình tháo nớc dẫn nớc, chuẩn bị vật liệu hay thiết bi - ảnh hởng đến lợi dụng tổng hợp dòng chảy Qua phân tích tổng hợp yếu tố ảnh hởng chọn thời gian ngăn dòng bắt đầu vào ngày 1/1/2006 5.3.2 Chọn tần suất lu lợng ngăn dòng : Công trình thuỷ điện Sơn La công trình cấp I( theo tiêu chuẩn TCXDVN 285 : 2002 ) lu lợng tính toán lấp sông lu lợng trung bình ngày có trị số lớn thời đoạn dự tính chặn dòng ứng với tần suất 5% Thời đoạn chặn dòng dự tính 10 ngày lu lợng tính toán lấp sông lu lợng trung bình ngày có trị số lớn thời đoạn dự tính chặn dòng ứng với tần suất P = 5% Lu lợng ngăn dòng : Qnd = 785 m3/s 5.3.3 Các phơng pháp ngăn dòng : Có nhiều cách ngăn dòng nh: đổ vật liệu vào dòng chảy theo phía bờ sông(hạp long), toàn dòng chảy(theo diện), nổ mìn định hớng, bồi đắp thuỷ lực, đóng cửa cống Nhng biện pháp phổ biến đổ vật liệu vào dòng chảy mà chủ yếu đá để ngăn dòng Yêu cầu công tác đổ đá đắp đập ngăn dòng phải khẩn tr ơng, liên tục với cờng độ cao đập nhô lên khỏi mặt nớc, dòng chảy đà bị chặn lại Tuy nhiên tuỳ vào điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn nguồn cung cấp vật liệu mà có trình tự ngăn dòng phơng pháp ngăn dòng khác Thờng có phơng pháp ngăn dòng sau: + Lấp đứng + Lấp + Lấp hỗn hợp Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh §øc 42C2 §å ¸n tèt nghiƯp 82 Gvhd : GS - TS Vũ Trọng Hồng Với sông đà tuyến PA Vinh II có lu lợng lớn, lòng sông lại hẹp, mặt khác lớp cát cuội sỏi lớp đá chống xói tốt nên ta chọn phơng pháp lấp đứng Theo phơng pháp lấp đứng, đổ đá từ bờ tiến vào dòng chảy bị ngăn lại dẫn dòng qua công trình dẫn dòng đà thiết kế Phơng pháp có u điểm không cần cầu công tác cầu nối, công tác chuẩn bị đơn giản, hiệu kinh tế nhng có nhợc điểm phạm vi hoạt động hẹp, thi công tốc độ chậm, lu tốc giai đoạn cuối có khả lớn gây cho công tác ngăn dòng khó khăn, phức tạp Tính toán dẫn dòng theo phơng pháp Hạp Long ( Theo sổ tay thuỷ lực Kixêliép trang 190 ) Phơng pháp chặn dòng theo hạp long gồm có giai đoạn: + Giai đoạn kéo đê (Trớc thời điểm nối hai đầu mái đê đáy) + Giai đoạn nối đê (trớc thời điểm nối hoàn toàn đầu mái đê) Mục đích tính toán ( theo phơng pháp Hạp Long ) ngăn dòng nhằm giải số vấn đề sau : + Chọn kích thớc D vật liệu để đảm bảo chặn dòng + Chọn chiều rộng B đờng thoát nớc( đổ theo Hạp Long ) để đổ vật liệu có đờng kính D vẫn giữ đợc mặt cắt gọn chặt 5.3.5 Tính toán ngăn dòng : Phơng pháp tính toán ngăn dòng theo phơng pháp H¹p Long Qbt = Qi = Qhl + Qdd + Qth + Qt (5-1) Trong ®ã : Qbt : Lu lợng bình thờng sông Qhl : Lu lợng qua cửa chặn dòng Hạp Long Qd : Lu lợng qua công trình dẫn dòng Qth : Lu lợng thấm qua đá đổ Qt : Lu lợng tích lại thợng lu Sơ đồ tính toán nh sau : Hình 5.1 :Sơ đồ tính toàn ngăn dòng Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh §øc 42C2 83 §å ¸n tèt nghiƯp Gvhd : GS - TS Vũ Trọng Hồng Đờng viền đá đổ có mặt cắt gọn chặt : Có thể hình thành tất giai đoạn tiến hành đổ đá vật liệu tăng dần với thu hẹp khoảng cách đê Hạp Long Khả tháo nớc qua cửa chặn dòng Hạp Long (5-2) Q m.B 2.g H B : lµ chiỊu réng trung bình qua đờng thoát nớc Hạp Long m : hệ số lu lợng đợc xác định nh sau : O  Z  Z  + Khi z/H < 0,35 th× m   H O  H O  + Khi z/H > 0,35 th× m = 0,385 (5-3) VËn tèc trung b×nh qua cưa thoát nớc đợc tính theo công thức Vhl Qhl  B.( H  Z ) q Z   H    H   (5-4) Víi tỷ số Z đợc xác định theo đồ thị h×nh 10-67 (sỉ tay thủ lùc ) H Lu lợng thấm qua đê Hạp Long Qth K ( BS  B ).( H bt  Z ) ith (5-5) Trong ®ã : K - hƯ sè thÊm rèi ( b¶ng 10 -10 sỉ tay thủ lùc ) BS - Bề rộng lòng sông cần chặn dòng BS = 179,5 m B - Bề rộng trung bình đờng thoát nớc Hbt - Cột nớc bình thờng lòng sông Z - Độ dềnh mực nớc thợng hạ lu ith - độ dốc thuỷ lực trung bình dòng thấm ( theo h×nh 10-65 sỉ tay thủ lùc ) ith  Z 2.mtb ( H bt  Z )  ld (5-6) Với ld - Chiều rộng mặt đê đợc xác định theo yêu cầu công tác thi công ( ld = 15 m) mtb - HƯ sè m¸i dèc trung b×nh ( mtb = 1,25 ) Hbt - Cét níc bình thờng sông Hbt = ZHL - Zđáy sông Víi ZHL tra quan hƯ Q ~ Z øng víi Qng.dßng = 785 m3 => ZHL = 114,41m => Hbt = 7,41 m Vận tốc cực đại xảy thời điểm nối đê đáy V QHL Z  B.H    H  ( m/s ) Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La (5-7) Svth : Lê Anh Đức 42C2 84 §å ¸n tèt nghiƯp Gvhd : GS - TS Vị Trọng Hồng Vì việc tính toán chặn dòng theo Hạp Long cần tiến hành cho thời kỳ kéo đê Khi nối đê , chiều rộng trung bình ®êng tho¸t níc ( víi m¸i dèc mtb ) ë ®¸y b»ng : Z   B mtb ( H  Z ) mtb H    H (5-8) Độ chênh mực nớc thời điểm nối đê : Đợc xác định cách vẽ đờng cong Q f (Z ) tìm Z ứng với lu lợng Qbt đà cho đờng kính tơng đơng khối đá : V   D  1     0,86 g     (m) (5-9) Trong : trọng lợng riêng nớc , = T/m3 trọng lợng riêng đá , = 2,64 T/m3 Chúng ta lập bảng tính toán tìm chiều rộng cửa chặn dòng kích thớc đá để chặn dòng : Với : + Cột : Giả thiết độ chênh mực nớc thợng hạ lu dòng chảy qua cửa chặn dòng Z ( m ) + Cét : TÝnh cét níc tríc cưa chặn dòng H = Hbt + Z ( m ) + Cét : LËp tû sè Z H + Cét : TÝnh hƯ sè lu lỵng m theo c«ng thøc + Cét : TÝnh ith víi ith tính theo công thức + Cột : Xác định tû sè Z H (5 - 3) (5 - 6) theo đồ thị hình 10-67 (sổ tay thuỷ lực) + Cét : TÝnh chiỊu réng trung b×nh cđa cửa ngăn dòng Hạp Long theo công thức ( - ) + Cét : LËp tû sè BS - B B + Cét : TÝnh lu lợng qua qua cửa Hạp Long QHL công thức (5 - 2) + Cét 10 : tÝnh lu lỵng thÊm Qth theo c«ng thøc ( - ) + Cét 11 : TÝnh lu tèc lín nhÊt qua cưa Hạp Long thời điểm kéo đê theo công thức ( - ) + Cét 12 : TÝnh đờng kính viên đá lớn D theo công thức ( - ) + Cét 13 : t×m lu lợng qua công trình dẫn dòng cách tra biểu đồ QC ~ ZTL phần tính thuỷ lực dẫn dòng + Cột 14 : Tính lại lu lợng ngăn dòng để tìm giá trị Z ( m ) xác ứng với lu lợng ngăn dòng Q = 785 m3/s Thiết kê tổ chức thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2 Đồ ¸n tèt nghiƯp 85 Gvhd : GS - TS Vị Trọng Hồng Qua trình tính toán tìm đợc Bảng 5.1 Z(m) 0,37 B (m) 11,26 QHL (m3/s ) V ( m/s ) D (m) Q ( m3/s ) 337,255 4,041 0,686 785,169 ThiÕt kª tỉ chøc thi công thuỷ điện Sơn La Svth : Lê Anh Đức 42C2